[发明专利]用于确定电化学传感器的失效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定电化学传感器类型失效率的方法，电化学传感器类型用在用于测量过程介质的过程变量的预先规定的过程中。

背景技术

在例如具有过程测量技术传感器的测量系统的许多应用中，特别是为确定过程介质的测量值，需要的是：知晓测量系统的失效率，并且在安全技术的方面加以顾及。国际标准IEC 61508规定了如下的方法，按照该方法，借助测量系统的各个子部件的失效率，可以测定整个测量系统的失效率。按照该标准，此外由所测定的失效率获得了测量系统依照安全要求级别(英语专业术语：safety integrity level(安全完整性等级)，缩写：SIL)的分类。

特别是废水技术领域、饮用水技术领域、制药技术领域、化工技术领域和食品技术领域中过程测量技术中的测量系统除了电子部件和机械部件外，还包括通常按照电位量度或电流量度的测量原理工作的电化学传感器元件。电位量度传感器类型的示例是离子选择性电极，其中，最为人所知的代表是用于pH值测量的玻璃电极。这种传感器类型具有测量半电池和基准半电池。测量半电池包括离子选择性膜片，在pH玻璃电极的情况下包括的是玻璃膜片，该玻璃膜片与过程介质相接触，并且在其上面构成电化学电位。膜片上的电化学电位与所要检测的离子相关联，例如在pH玻璃电极情况下与H₃O⁺离子的浓度相关联。构成于膜片上的电位相比于提供稳定基准电位的基准电极，例如Ag/AgCl电极进行测量，该电极通过隔膜(Diaphragma)与过程介质保持接触。

电流量度传感器类型的示例是按照克拉克(Clark)电极原理的溶解氧传感器。这种传感器类型包括加注电解质的测量室，该测量室包含工作电极和至少一个对电极，并且该测量室借助对于分析物，例如对于溶于介质内的氧可透过的膜片与过程介质分离。根据工作电极是作为阳极还是阴极接入，通过膜片扩散的分析物在工作电极上被氧化或者被还原。分析物在工作电极上的化学转化产生电流，该电流与过程介质内的分析物浓度相关联。

失效率(英语专业术语：probability of failure per hour(每小时失效概率)，缩写：PFH)被定义为与确定的时间间隔相关的失效概率。电子元件的失效率利用已知的表格对于测量系统的绝大多数构件是可计算的或者至少是可估算的。对机械部件同样存在对于这样的失效率行得通的方法和处理方式。在电子部件和机械部件方面，大多公知的是：在变化的环境条件下，失效率如何发生变化。例如这种部件的失效率随着温度改变的变化可以借助阿伦尼乌斯(Arrhenius)公式来表达。因为电子部件和机械部件大多也不与介质直接进行接触，所以一般情况下仅通过温度、压力、湿度来表达的环境条件和电磁干扰以及振荡/振动被视为失效率的影响值。

但是，在电化学传感器类型的鉴定方面，特别是在电流量度或者电位量度传感器类型方面却非常复杂。使用这些传感器类型的传感器元件过程的过程参数，对传感器元件的使用寿命有很强的影响，并且进而也对相应传感器类型的失效概率或失效率有很强的影响。

因为过程的过程参数明显影响确定的电化学传感器类型传感器元件的失效概率，所以通用的、也就是对于所有可能的过程统一的失效率，就像在电子或者机械部件方面规定的那样，对于预先规定的传感器类型的电化学传感器元件的说服力不大。但由于其中可以使用一种且同一种传感器类型的传感器元件的可以设想的过程数量很大，同样不实际的是，借助实验为每个这种过程来确定自身的失效率。

发明内容

因此，本发明基于如下任务，即，说明一种用于确定电化学传感器类型的关于预先规定的过程的失效率的方法。特别是该方法不仅可以确定关于唯一的或者多个类似的过程的失效率，而且也可以为任意过程确定失效率，所述任意过程具有极其不同的过程参数并且相应地以明显不同的量来对传感器类型的传感器元件施加负荷。

该任务通过用于确定电化学传感器类型的关于过程的失效率的方法得以解决，其中，过程通过确定的、特别是大量预先规定的过程参数的预先规定的数值或者数值范围来定义，并且其中，为传感器类型预先规定大量的缺陷种类，包括以下步骤：

-将缺陷率借助专业人士知识分配给由预先规定的过程参数的数值之一或者数值范围与预先规定的缺陷种类之一组成的每种组合；

-在使用分配给由过程参数的数值之一或者数值范围与缺陷种类之一组成的组合的缺陷率的情况下，按照计算规则来计算传感器类型的失效率。